二元硼酸盐玻璃及微晶玻璃中Bi离子红外宽带发光的机理研究

Bi离子掺杂的玻璃及单晶，由于在1000~1700 nm红外波段获得激光输出，受到国内外的广泛关注。虽然目前已成功制备了一系列具有优异性能的Bi掺杂光学材料，但对于Bi离子红外宽带发光机理却众说纷纭，还没有形成大家一致认同的解释。此外研究表明，Bi掺杂材料的光学性质受基质组成的影响很大。Bi离子红外宽带发光机理的进一步研究对于其应用具有重要的意义。.本项目选择简单的二元硼酸盐玻璃及微晶玻璃体系作为基质材料，一方面，克服了现有玻璃体系组分过于复杂不利于机理研究以及单晶生长周期长、成本高的问题，另一方面，玻璃及微晶玻璃为Bi离子提供不同的微环境，由此可以对比研究材料的结构对Bi离子存在的价态与发光性能的影响。拟通过研究掺Bi离子硼酸盐玻璃及微晶玻璃的红外发光，明确Bi离子发光的归属，阐明其红外发光机理，为材料设计提供理论依据，为掺Bi离子材料的应用奠定基础。

主族金属Bi离子在近红外波段存在宽带发光，是一类尚未被充分研究和发掘的激活离子。本项目采用高温熔融法制备了Bi离子掺杂二元硼酸盐MO-B2O3 (M=Ca, Sr, Ba)系列玻璃及微晶玻璃，研究了Bi离子浓度变化以及碱土金属离子对其近红外发光性能的影响。在高Bi离子浓度掺杂玻璃及低Bi离子浓度掺杂玻璃中均观察到了近红外宽带发光，在部分样品玻璃中， Bi离子近红外发光为窄带发光，半高宽仅为几十纳米。通过Raman光谱、XPS测试、光学碱度原理以及可见波段发光性能等对Bi离子近红外发光机理进行了探讨，宽带发射峰和窄带发射峰归属于不同的发光中心，其中宽带发射峰应源于低价态Bi离子。在SCI期刊论文上发表论文7篇。